JP2010149396A - 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高粘度液体を吐出する場合にミスト等の発生を抑えてドットの分離を防止しつつ、駆動周波数の低下を抑制することが可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法を提供する。
【解決手段】第１駆動信号ＣＯＭ１は、インクを吐出する吐出駆動パルスと、インクが吐出されない程度に圧電振動子を駆動するカット駆動パルスＤＰＣと、を含み、このカット駆動パルスは、圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む引き込み要素から始まるパルスであり、駆動信号における最後の期間で発生され、吐出制御手段は、現在の記録周期で駆動パルスを圧電振動子に供給してノズルからインクを吐出する場合において、次の記録周期でインクを吐出するときはカット駆動パルスを圧電振動子に供給しない一方、次の記録周期でインクを吐出しないときはカット駆動パルスを圧電振動子に供給する。
【選択図】図５

Description

本発明は、インクジェット式プリンター等の液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法に関するものであり、特に、駆動信号に含まれる駆動パルスを圧力発生素子に印加することにより液体の吐出を制御可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法に関するものである。

液体吐出装置は、液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを備え、この液体吐出ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体吐出装置の代表的なものとして、例えば、液体吐出ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクを記録紙等の記録媒体（着弾対象物）に対して吐出・着弾させることで画像等の記録を行うインクジェット式プリンター（以下、単にプリンターという。）等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記録装置に限らず、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造装置等、各種の製造装置にも液体吐出装置が応用されている。

上記液体吐出装置には、吐出駆動パルスを圧力発生素子（例えば、圧電振動子や発熱素子等）に印加してこれを駆動することにより圧力発生室内の液体に圧力変化を与え、この圧力変化を利用して圧力発生室に連通したノズルから液体を吐出させるように構成されたものがある。このような液体吐出装置では、圧力発生室内の液体に与える圧力振動の振幅を大きくすることで、吐出される液体の量を増加させることができる。言い換えれば、吐出駆動パルスの駆動電圧を大きくすることで、吐出される液体の量を増やすことができる（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００３−９４６５６号公報

近年、この液体吐出装置では、例えばＵＶインク（紫外線硬化型インク）等の従来扱われていた液体よりも粘度の高い液体（以下、高粘度液体ともいう。）を吐出する試みがなされている。すなわち、従来は水のように粘度が低い液体を対象にしていたが、近年では６ミリパスカル秒以上の高粘度液体を吐出する試みがなされている。この高粘度液体を吐出する際に十分な吐出量を得るためには、吐出量に応じた大きさの圧力変化を圧力発生室内の液体に与える必要がある。しかし、圧力変化を大きくすると液体の飛行速度も高くなり、この液体の後端部分が尾のように伸びる現象が生じ易くなる傾向にある。そして、この尾の部分が液滴本体から分離して飛翔し、着弾対象物において正規の位置（望ましい位置）に着弾しない虞があった。例えば、インクジェットプリンターでは、尾の部分がミストになって正規の位置からずれて着弾してドットが分離し、これにより、画質の劣化が生じるという問題があった。特に、高粘度液体では、尾の部分が幾つにも分離することにより、これらの複数に分離した部分（サテライトインク滴或いはミスト）が画質を著しく低下させる原因となっていた。

このため、インクを吐出した直後に、メニスカスを速やかに圧力発生室側に引き込むことにより、上記の尾を低減させるための駆動パルスが駆動信号中に含まれる構成も提案されている。この駆動パルスは、例えば、ノズルからインクが吐出されない程度に圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む引き込み要素から始まる非吐出駆動パルスである。
しかしながら、この非吐出駆動パルスを圧力発生素子に印加することで圧力発生室内のインクに発生する残留振動が次の吐出周期における吐出動作に悪影響（インクの量や飛翔速度の変動等）を与える虞があるため、これを抑制するべく非吐出駆動パルスの後ろに残留振動を減衰させるための期間が必要であった。このため、この振動減衰期間だけ吐出周期全体が長くなり、その結果、駆動周波数が低下してしまうという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高粘度液体を吐出する場合にミスト等の発生を抑えてドットの分離を防止しつつ、駆動周波数の低下を抑制することが可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によってノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む駆動信号を規定吐出周期で発生する駆動信号発生手段と、
前記駆動信号に含まれる駆動パルスを選択し、選択した駆動パルスを圧力発生素子に供給して液体の吐出を制御する吐出制御手段と、
を備える液体吐出装置であって、
前記駆動信号は、液滴を吐出する吐出駆動パルスと、液滴が吐出されない程度に前記圧力発生素子を駆動する非吐出駆動パルスと、を含み、
前記非吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む引き込み要素から始まるパルスであり、駆動信号における最後の期間で発生され、
前記吐出制御手段は、現在の吐出周期で駆動パルスを前記圧力発生素子に供給してノズルから液体を吐出する場合において、次の吐出周期で液体を吐出するときは前記非吐出駆動パルスを前記圧力発生素子に供給しない一方、次の吐出周期で液体を吐出しないときは前記非吐出駆動パルスを前記圧力発生素子に供給することを特徴とする。
なお、「期間」とは、駆動信号の規定吐出周期の中で、当該駆動信号に含まれるパルス毎に区切られた期間を意味する。

上記構成を採用することにより、現在の吐出周期で液体を吐出する場合において、次の吐出周期で液体を吐出するときは非吐出駆動パルスを圧力発生素子に供給することなく、次の吐出周期において吐出される液体によって現在の吐出周期で吐出された液体の尾の部分あるいはミストが吸収される。また、次の吐出周期で液体を吐出しないときは非吐出駆動パルスが圧力発生素子に供給されることにより、この非吐出駆動パルスの引き込み要素によりメニスカスが圧力発生室側に引き込まれる。これにより、吐出された液体に付随する尾の成長が抑制される。したがって、粘度が比較的高い液体（高粘度液体）を吐出する際に、吐出された液体の後端部が尾のように伸びる現象を抑えることができる。これにより、着弾対象物上で液体が複数に分離して着弾すること、即ち、ドットの分離を防止することができる。また、非吐出駆動パルスの後に残留振動を減衰させるための振動減衰期間が不要であるため、その分、吐出周期を短くすることができ、駆動周波数が低下することを抑制することができる。

上記構成において、前記吐出制御手段は、液体の吐出の有無および吐出する液体の量を示す吐出制御情報に基づいて前記圧力発生素子に対する駆動パルスの供給・非供給を制御し、
前記吐出制御情報には、次の吐出周期における液体の吐出の有無を示す次周期吐出情報が含まれる構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、従来の吐出制御情報に次周期吐出情報を含ませ、これに基づいて非吐出駆動パルスの圧力発生素子への供給又は非供給を制御することにより、簡単な構成でドットの分離と駆動周波数の低下の抑制を両立させることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体吐出装置として、インクジェット式記録装置（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

図１は、プリンターの電気的な構成を説明するブロック図である。例示したプリンターは、プリンターコントローラー１とプリントエンジン２とから構成されている。プリンターコントローラー１は、図示しないホストコンピューター等の外部装置との間でデーターの送受信を行う外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）３と、各種データーの記憶等を行うＲＡＭ４と、各種データー処理のための制御プログラム等を記憶したＲＯＭ５と、ＣＰＵ等からなる制御部６と、クロック信号を発生する発振回路７と、記録ヘッド８へ供給する駆動信号（ＣＯＭ１，ＣＯＭ２）を発生する駆動信号生成回路９と、記録データー及び駆動信号等をプリントエンジン２に送信するための内部インターフェース１０（内部Ｉ／Ｆ１０）とを備えている。

外部Ｉ／Ｆ３は、例えばイメージデーター等の印刷データーをホストコンピューター等から受信する。また、外部Ｉ／Ｆ３からは、外部装置に対してビジー信号やアクノレッジ信号等の状態信号が出力される。ＲＡＭ４は、受信バッファー、中間バッファー、出力バッファー及びワークメモリー等として利用されるものである。また、ＲＯＭ５は、制御部６によって実行される各種制御プログラム、フォントデーター及びグラフィック関数、各種手続き等を記憶している。印刷データーには、印刷する画像データーの他に各種のコマンドデーターを含む。コマンドデーターとは、プリンターに特定の動作の実行を指示するためのデーターである。このコマンドデーターには、例えば、給紙を指示するコマンドデーター、搬送量を示すコマンドデーター、排紙を指示するコマンドデーターがある。

制御部６は、記録ヘッド８の動作を制御するためのヘッド制御信号を記録ヘッド８に出力したり、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号を駆動信号生成回路９に出力したりする。ヘッド制御信号は、例えば、転送クロックＣＬＫ、画素データーＳＩ、ラッチ信号ＬＡＴ、第１チェンジ信号ＣＨ１、第２チェンジ信号ＣＨ２である。これらのラッチ信号やチェンジ信号は、駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２を構成する各パルスの供給タイミングを規定する。

また、制御部６は、上記印刷データーに基づき、ＲＧＢ表色系からＣＭＹ表色系への色変換処理、多階調のデーターを所定階調まで減少させるハーフトーン処理、ハーフトーニングされたデーターを、インク種類毎（ノズル列毎）に所定の配列で並べてドットパターンデーターに展開するドットパターン展開処理等を経て、記録ヘッド８の吐出制御に用いる画素データーＳＩを生成する。この画素データーＳＩは、印刷される画像の画素に関するデーターであり、本発明における吐出制御情報の一種である。ここで、画素とは、着弾対象物である記録紙等の記録媒体上に仮想的に定められたドット形成領域を示す。そして、本発明に係る画素データーＳＩは、記録媒体上に形成されるドットの有無（又はインクの吐出の有無）及びドットの大きさ（又は吐出されるインクの量）に関するデーター（階調値）に次周期吐出情報を付加して成る。本実施形態において、画素データーＳＩは合計２ビットの階調値と、１ビットの次周期吐出情報との合計３ビットの２値データーによって構成されている。２ビットの階調値には、インクを吐出しない非記録（微振動）に対応する［００］と、小ドットの記録に対応する［０１］と、中ドットの記録に対応する［１０］と、大ドットの記録に対応する［１１］とがある。従って、本実施形態におけるプリンターは４階調で記録ができる。また、次周期吐出情報は、今回の吐出周期（記録周期）の次の記録周期におけるインクの吐出の有無を示すデーターである。即ち、この次周期吐出情報が［０］のときは、次周期でインクの吐出が行われないことを示し、［１］のときは、次周期でインクの吐出が行われることを示す。この画素データーＳＩに基づく吐出制御の詳細については後述する。

駆動信号生成回路９は、第１駆動信号ＣＯＭ１を発生可能な第１駆動信号生成部９Ａと、第２駆動信号ＣＯＭ２を発生可能な第２駆動信号生成部９Ｂとを備えている。そして、図２に示すように、第１駆動信号ＣＯＭ１は、複数のミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ（本発明における吐出駆動パルスの一種）を単位記録周期（吐出周期）Ｔ内に有する一連の信号であり、記録周期Ｔ毎に繰り返し発生される。本実施形態において、第１駆動信号ＣＯＭ１の一記録周期Ｔは、３つのパルス発生期間Ｔ１〜Ｔ３に区分されている。そして、期間Ｔ１で第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１が発生され、期間Ｔ２で第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２が発生される。また、期間Ｔ３では、インク吐出後におけるノズルのメニスカスを引き込んでインクの尾の発生を抑制するためのカット駆動パルスＤＰＣ（本発明における非吐出駆動パルスに相当）が発生される。

一方、第２駆動信号ＣＯＭ２は、予備振動駆動パルスＤＰＰとスモール吐出駆動パルスＤＰＳを記録周期Ｔ内に有する一連の信号である。この第２駆動信号ＣＯＭ２の一記録周期Ｔも、上記第１駆動信号ＣＯＭ１と同様にＴ１〜Ｔ３の３つのパルス発生期間に区分されており、期間Ｔ１で予備振動駆動パルスＤＰＰが発生され、期間Ｔ２でスモール吐出駆動パルスＤＰＳが発生される。なお、期間Ｔ３では、基準電位ＶＨＢで一定となる。
なお、カット駆動パルスＤＰＣに関しては、第２駆動信号ＣＯＭ２におけるスモールドット吐出駆動パルスＤＰＳの後（期間Ｔ３）で発生するようにしてもよい。

次に、プリントエンジン２について説明する。このプリントエンジン２は、図１に示すように、記録ヘッド８、キャリッジ移動機構４４、紙送り機構４５、及び、リニアエンコーダー４６等を備えている。キャリッジ移動機構４４は、液体吐出ヘッドの一種である記録ヘッド８が取り付けられたキャリッジと、このキャリッジを、タイミングベルト等を介して走行させる駆動モーター（例えば、ＤＣモーター）等からなり（何れも図示せず）、キャリッジに搭載された記録ヘッド８を主走査方向に移動させる。紙送り機構４５は、紙送りモーター及び紙送りローラー等からなり、記録紙（着弾対象物の一種）をプラテン上に順次送り出して副走査を行う。また、リニアエンコーダー４６は、キャリッジに搭載された記録ヘッド８の走査位置に応じたエンコーダーパルスを、主走査方向における位置情報として内部Ｉ／Ｆ１０を通じて制御部６に出力する。制御部６は、リニアエンコーダー４６側から受信したエンコーダーパルスに基づいて記録ヘッド８の走査位置（現在位置）を把握することができる。

図３は上記の記録ヘッド８の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド８は、圧電振動子群１２、固定板１３、及び、フレキシブルケーブル１４等をユニット化した振動子ユニット１５と、この振動子ユニット１５を収納可能なヘッドケース１６と、共通インク室（共通液体室）から圧力発生室を通りノズルに至る一連のインク流路（液体流路）を形成する流路ユニット１７とを備えて構成される。

まず、振動子ユニット１５について説明する。圧電振動子群１２を構成する圧電振動子１８（本発明における圧力発生素子の一種）は、縦方向に細長い櫛歯状に形成されており、数十μｍ程度の極めて細い幅に切り分けられている。そして、この圧電振動子１８は縦方向に伸縮可能な縦振動型の圧電振動子として構成されている。各圧電振動子１８は、固定端部を固定板１３上に接合することにより、自由端部を固定板１３の先端縁よりも外側に突出させて所謂片持ち梁の状態で固定されている。そして、各圧電振動子１８における自由端部の先端は、後述するように、それぞれ流路ユニット１７におけるダイヤフラム部２８を構成する島部３０に接合される。フレキシブルケーブル１４は、固定板１３とは反対側となる固定端部の側面で圧電振動子１８と電気的に接続されている。また、各圧電振動子１８を支持する固定板１３は、圧電振動子１８からの反力を受け止め得る剛性を備えた金属製の板材によって構成される。

次に、流路ユニット１７について説明する。流路ユニット１７は、ノズルプレート１９、流路形成基板２０、及び振動板２１から構成され、ノズルプレート１９を流路形成基板２０の一方の表面に、振動板２１をノズルプレート１９とは反対側となる流路形成基板２０の他方の表面にそれぞれ配置して積層し、接着等により一体化することで構成されている。ノズルプレート１９は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル２２を列状に開設したステンレス鋼製の薄いプレートである。本実施形態では、例えば、１８０個のノズル２２を列状に開設し、これらのノズル２２によってノズル列（ノズル群）を構成している。そして、このノズル列を横並びに２列設けている。

流路形成基板２０は、リザーバー２３、インク供給口２４、及び圧力発生室２５からなる一連のインク流路（液体流路の一種）を形成する板状部材である。具体的には、この流路形成基板２０は、各ノズル２２に対応させて圧力発生室２５となる空部を隔壁で区画した状態で複数形成すると共に、インク供給口２４およびリザーバー２３となる空部を形成した板状の部材である。そして、本実施形態の流路形成基板２０は、シリコンウェハーをエッチング処理することで作製されている。上記の圧力発生室２５は、ノズル２２の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成され、インク供給口２４は、圧力発生室２５とリザーバー２３との間を連通する流路幅の狭い狭窄部として形成されている。また、リザーバー２３は、インクカートリッジ（図示せず）に貯留されたインクを各圧力発生室２５に供給するための室であり、インク供給口２４を通じて対応する各圧力発生室２５に連通している。

振動板２１は、ステンレス鋼等の金属製の支持板２６上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂フィルム２７をラミネート加工した二重構造の複合板材であり、圧力発生室２５の一方の開口面を封止してこの圧力発生室２５の容積を変動させるためのダイヤフラム部２８を有すると共に、リザーバー２３の一方の開口面を封止するコンプライアンス部２９が形成された部材である。そして、ダイヤフラム部２８は、圧力発生室２５に対応した部分の支持板２６にエッチング加工を施し、当該部分を環状に除去して圧電振動子１８の自由端部の先端を接合するための島部３０を形成することで構成されている。この島部３０は、圧力発生室２５の平面形状と同様に、ノズル２２の列設方向と直交する方向に細長いブロック状であり、この島部３０の周りの樹脂フィルム２７が弾性体膜として機能する。また、コンプライアンス部２９として機能する部分、すなわちリザーバー２３に対応する部分は、このリザーバー２３の開口形状に倣って支持板２６がエッチング加工で除去されて樹脂フィルム２７のみとなっている。

上記構成の記録ヘッド８では、圧電振動子１８を変形させることで対応する圧力発生室２５が収縮或いは膨張し、圧力発生室２５内のインクに圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、ノズル２２からインク（インク滴）を吐出させることができる。インクを吐出するのに先だって定常容積の圧力発生室２５を予備的に膨張させるとリザーバー２３側からインク供給口２４を通じて圧力発生室２５内にインクが供給される。また、予備膨張の後に圧力発生室２５を急激に収縮させるとノズル２２からインクが吐出される。

次に、この記録ヘッド８の電気的構成について説明する。この記録ヘッド８は、図１に示すように、第１シフトレジスター３３及び第２シフトレジスター３４からなるシフトレジスター（ＳＲ）回路と、第１ラッチ回路３５及び第２ラッチ回路３６からなるラッチ回路と、デコーダー３７と、制御ロジック３８と、第１レベルシフター３９及び第２レベルシフター４０からなるレベルシフター（ＬＳ）回路と、第１スイッチ４１及び第２スイッチ４２からなるスイッチ回路と、圧電振動子１８とを備えている。そして、各シフトレジスター３３，３４、各ラッチ回路３５，３６、各レベルシフター３９，４０、各スイッチ４１，４２、及び、圧電振動子１８は、それぞれノズル２２毎に対応した数だけ設けられる。また、各シフトレジスター３３，３４、各ラッチ回路３５，３６、各レベルシフター３９，４０、各スイッチ４１，４２、及び、制御部６は、本発明における吐出制御手段として機能する。なお、図１では、１ノズル分の構成のみを図示し、他のノズル分の構成の図示は省略している。

この記録ヘッド８は、プリンターコントローラー１から送られてくる画素データーＳＩに基づいてインクの吐出制御を行う。本実施形態では、２ビットで構成された画素データーＳＩの上位ビット群、画素データーＳＩの下位ビット群の順に記録ヘッド８へクロック信号ＣＬＫに同期して送られてくるので、まず、画素データーＳＩの上位ビット群が第２シフトレジスター３４にセットされる。全てのノズル２２について画素データーＳＩの上位ビット群が第２シフトレジスター３４にセットされると、次にこの上位ビット群が第１シフトレジスター３３にシフトする。これと同時に、画素データーＳＩの下位ビット群が第２シフトレジスター３４にセットされる。

第１シフトレジスター３３の後段には、第１ラッチ回路３５が接続され、第２シフトレジスター３４の後段には、第２ラッチ回路３６が接続されている。そして、プリンターコントローラー１側からのラッチパルスが各ラッチ回路３５，３６に入力されると、第１ラッチ回路３５は画素データーＳＩの上位ビット群をラッチし、第２ラッチ回路３６は画素データーＳＩの下位ビット群をラッチする。各ラッチ回路３５，３６でラッチされた画素データーＳＩ（上位ビット群，下位ビット群）はそれぞれ、デコーダー３７へ出力される。このデコーダー３７は、画素データーＳＩの上位ビット群及び下位ビット群に基づいて、駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２を構成する各パルスを選択するためのパルス選択データーを生成する。

本実施形態におけるパルス選択データーは、各駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２毎に生成される。即ち、第１駆動信号ＣＯＭ１に対応する第１パルス選択データーは、第1ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１（期間Ｔ１）、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２（期間Ｔ２）、カット駆動パルスＤＰＣ（期間Ｔ３）に対応する合計３ビットのデーターによって構成されている。また、第２駆動信号ＣＯＭ２に対応する第２パルス選択データーは、予備振動駆動パルスＤＰＰ（期間Ｔ１）、スモールドット吐出駆動パルスＤＰＳ（期間Ｔ２）、パルス無し（期間Ｔ３）に対応する合計３ビットのデーターによって構成されている。

上記デコーダー３７には、制御ロジック３８からのタイミング信号も入力されている。この制御ロジック３８は、ラッチ信号やチャンネル信号の入力に同期してタイミング信号を発生する。このタイミング信号も駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２毎に生成される。デコーダー３７によって生成された各パルス選択データーは、タイミング信号によって規定されるタイミングで上位ビット側から順次各レベルシフター３９，４０に入力される。これらのレベルシフター３９，４０は、電圧増幅器として機能し、パルス選択データーが［１］の場合には、対応するスイッチ４１，４２を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の電圧に昇圧された電気信号を出力する。即ち、第１パルス選択データーが［１］の場合には第１スイッチ４１に電気信号が出力され、第２パルス選択データーが［１］の場合には第２スイッチ４２に電気信号が出力される。

第１スイッチ４１の入力側には第１駆動信号生成部９Ａからの第１駆動信号ＣＯＭ１が供給されるようになっており、第２スイッチ４２の入力側には第２駆動信号生成部９Ｂからの第２駆動信号ＣＯＭ２が供給される。また、各スイッチ４１，４２の出力側には、圧電振動子１８が接続されている。即ち、第１スイッチ４１は、圧電振動子１８への第１駆動信号ＣＯＭ１の供給・非供給の切り替えを行い、第２スイッチ４２は、圧電振動子１８への第２駆動信号ＣＯＭ２の供給・非供給の切り替えを行うように構成されている。

上記のパルス選択データーは、各スイッチ４１，４２の作動を制御する。即ち、第１スイッチ４１に入力されたパルス選択データーが［１］である期間中は、この第１スイッチ４１が導通状態になり、第１駆動信号ＣＯＭ１が圧電振動子１８に供給される。同様に、第２スイッチ４２に入力されたパルス選択データーが［１］である期間中は、第２駆動信号ＣＯＭ２が圧電振動子１８に供給される。一方、各スイッチ４１，４２に入力されたパルス選択データーが共に［０］の期間中は、各スイッチ４１，４２が切断状態となり、圧電振動子１８へは駆動信号が供給されない。要するに、パルス選択データーとして［１］が設定された期間のパルスが選択的に圧電振動子１８に供給される。

このようなスイッチ制御により、第１駆動信号ＣＯＭ１又は第２駆動信号ＣＯＭ２に含まれる駆動パルスを圧電振動子１８へ印加させることができる。すなわち、第１駆動信号ＣＯＭ１や第２駆動信号ＣＯＭ２の一部分を、選択的に圧電振動子１８へ印加させることができる。この例では、繰り返し周期（記録周期）Ｔの開始タイミング（ラッチ信号ＬＡＴのラッチパルスのタイミング）で、圧電振動子１８に印加させる駆動信号ＣＯＭを、第１駆動信号ＣＯＭ１から第２駆動信号ＣＯＭ２へ又はその逆へと切り替えることができる。同様に、第１駆動信号ＣＯＭ１におけるＴ１〜Ｔ３間の境界のタイミング、又は、第２駆動信号ＣＯＭ２におけるＴ１〜Ｔ３間の境界のタイミング（第１チェンジ信号ＣＨ１のチェンジパルスのタイミング，第２チェンジ信号ＣＨ２のチェンジパルスのタイミング）で、圧電振動子１８に印加させるパルスを切り替えることができる。

次に、駆動信号生成回路９が発生する各駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２に含まれる各駆動パルスについて説明する。
まず、第１駆動信号ＣＯＭ１において期間Ｔ１，Ｔ２で発生するミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ（ＤＰＭ１，ＤＰＭ２）について説明する。図４（ａ）に示すように、このミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭは、第１膨張要素Ｐ１１（圧力発生室膨張要素）と、第１膨張ホールド要素Ｐ１２（膨張維持要素）と、第１収縮要素Ｐ１３（吐出要素）とからなる。第１膨張要素Ｐ１１は、基準電位ＶＨＢから第１膨張電位ＶＨ１までインクを吐出させない程度の比較的緩やかな一定勾配で電位を上昇させる波形要素であり、第１膨張ホールド要素Ｐ１２は、第１膨張電位ＶＨ１で一定な波形要素である。第１収縮要素Ｐ１３は、第１膨張電位ＶＨ１から基準電位ＶＨＢまで急勾配で電位を下降させる波形要素である。

このように構成されたミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭが圧電振動子１８に供給されると、まず、第１膨張要素Ｐ１１によって圧電振動子１８は素子長手方向に収縮し、圧力発生室２５が基準電位ＶＨＢに対応する基準容積から第１膨張電位ＶＨ１に対応する膨張容積まで膨張する。この膨張により、メニスカスが圧力発生室２５側に大きく引き込まれると共に、圧力発生室２５内にはリザーバー２３側からインク供給口２４を通じてインクが供給される。そして、この圧力発生室２５の膨張状態は、第１膨張ホールド要素Ｐ１２の供給期間中に亘って維持される。その後、第１収縮要素Ｐ１３が供給されて圧電振動子１８が伸長する。この圧電振動子１８の伸長により、圧力発生室２５は、膨張容積から基準電位ＶＨＢに対応する基準容積まで急激に収縮される。この圧力発生室２５の急激な収縮により圧力発生室２５内のインクが加圧され、ノズル２２からミドルドットに対応する量のインクが吐出される。

上記第２駆動信号ＣＯＭ２において期間Ｔ２で発生するスモールドット吐出駆動パルスＤＰＳについて説明する。図４（ｂ）に示すように、このスモールドット吐出駆動パルスＤＰＳは、第２膨張要素Ｐ２１と、第２膨張ホールド要素Ｐ２２と、第２収縮要素Ｐ２３と、収縮ホールド要素Ｐ２４と、第３膨張要素Ｐ２５と、第３膨張ホールド要素Ｐ２６と、第３収縮要素Ｐ２７とから構成されている。第２膨張要素Ｐ２１は、基準電位ＶＨＢから第２膨張電位ＶＨ２まで電位を上昇させる波形要素であり、第２膨張ホールド要素Ｐ２２は、第２膨張電位ＶＨ２で一定な波形要素である。また、第２収縮要素Ｐ２３は第２膨張電位ＶＨ２から第１中間電位ＶＭ１まで急激に電位を下降させる波形要素、収縮ホールド要素Ｐ２４は第１中間電位ＶＭ１で一定な波形要素、第３膨張要素Ｐ２５は第１中間電位ＶＭ１から第２中間電位ＶＭ２まで電位を上昇させる波形要素、第３膨張ホールド要素Ｐ２６は第２中間電位ＶＭ２で一定な波形要素である。そして、第３収縮要素Ｐ２７は第２中間電位ＶＭ２から基準電位ＶＨＢまで一定勾配で電位を復帰させる波形要素である。

このように構成されたスモールドット吐出駆動パルスＤＰＳが圧電振動子１８に供給されると、まず、第２膨張要素Ｐ２１によって圧電振動子１８は素子長手方向に急速に収縮し、これに伴い島部３０が圧力発生室２５から離隔する方向に変位する。この島部３０の変位により、圧力発生室２５が基準容積から第２膨張電位ＶＨ２に対応する膨張容積まで急速に膨張する。この圧力発生室２５の膨張により、圧力発生室２５内には比較的強い負圧が発生し、メニスカスが圧力発生室２５側に引き込まれると共に、リザーバー２３側から圧力発生室２５にインクが供給される。そして、この圧力発生室２５の膨張状態は、第２膨張ホールド要素Ｐ２２の供給期間中に亘って維持される。

その後、第２収縮要素Ｐ２３が供給されて圧電振動子１８が伸長する。この圧電振動子１８の伸長により、島部３０が圧力発生室２５に近接する方向に急激に変位する。この島部３０の変位により、圧力発生室２５は、膨張容積から第１中間電位ＶＭ１に対応する吐出容積まで急激に収縮される。そして、この圧力発生室２５の急激な収縮により圧力発生室２５内のインクが加圧されてメニスカスの中央部分が吐出側に押し出される。続いて、収縮ホールド要素Ｐ２４が供給され、吐出容積が僅かの間維持される。続いて、第３膨張要素Ｐ２５により圧電振動子１８が収縮することにより圧力発生室２５の容積が再度僅かに膨張し、第３膨張ホールド要素Ｐ２６を経て、第３収縮要素Ｐ２７によって圧電振動子１８が伸長し、圧力発生室２５の容積が再度急激に収縮する。これらの収縮ホールド要素Ｐ２４から第３収縮要素Ｐ２７の供給期間中に、メニスカス中央部分が途中でちぎれ、この部分がスモールドットに対応する量のインクとして吐出される。

本実施形態では、第１駆動信号ＣＯＭ１において期間Ｔ３で発生されるカット駆動パルスＤＰＣと、第２駆動信号ＣＯＭ２において期間Ｔ１で発生される予備振動駆動パルスＤＰＰは、図４（ｃ）に示すように、同一の波形となっている。なお、カット駆動パルスＤＰＣと予備振動駆動パルスＤＰＰとは互いに異なる波形であってもよい。これらの駆動パルスＤＰＣ，ＤＰＰは、第４膨張要素Ｐ３１（引き込み要素）と、第４膨張ホールド要素Ｐ３２（膨張維持要素）と、第４収縮要素Ｐ３３（圧力発生室収縮要素）とからなる。第４膨張要素Ｐ３１は、基準電位ＶＨＢから第３膨張電位ＶＨ３までインクを吐出させない程度の比較的緩やかな一定勾配で電位を上昇させる波形要素であり、第４膨張ホールド要素Ｐ３２は、第３膨張電位ＶＨ３で一定な波形要素である。第４収縮要素Ｐ３３は、第３膨張電位ＶＨ３から基準電位ＶＨＢまで緩やかな一定勾配で電位を下降させる波形要素である。

このように構成されたカット駆動パルスＤＰＣ又は予備振動駆動パルスＤＰＰが圧電振動子１８に供給されると、まず、第４膨張要素Ｐ３１によって圧電振動子１８は素子長手方向に収縮し、圧力発生室２５が基準電位ＶＨＢに対応する基準容積から第３膨張電位ＶＨ３に対応する膨張容積まで膨張する。この膨張により、メニスカスが圧力発生室２５側に引き込まれる。そして、この圧力発生室２５の膨張状態は、第４膨張ホールド要素Ｐ３２の供給期間中に亘って維持される。その後、第４収縮要素Ｐ３３が供給されて圧電振動子１８が伸長する。この圧電振動子１８の伸長により、圧力発生室２５は、膨張容積から基準電位ＶＨＢに対応する基準容積まで収縮される。ここで、基準電位ＶＨＢから第３膨張電位ＶＨ３までの電位差、すなわち駆動パルスＤＰＣ，ＤＰＰの駆動電圧は、スモールドット吐出駆動パルスＤＰＳやミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭの駆動電圧よりも十分に低い値に設定されている。このため、これらのカット駆動パルスＤＰＣ又は予備振動駆動パルスＤＰＰを圧電振動子１８に供給した場合、圧力発生室２５には、ノズル２２からインクが吐出されない程度の圧力振動が生じる。

次に、上記構成において大ドットを記録する場合について説明する。この場合において、次の記録周期でインクを吐出しないとき（即ち、次の記録周期でドットを形成しないとき）は、画素データーＳＩが［１１０］とされる。この画素データーＳＩに応じて、第１駆動信号ＣＯＭ１に対応するパルス選択データーが［１１１］とされ、第２駆動信号ＣＯＭ２に対応するパルス選択データーが［０００］とされる。これにより、図５（ａ）に示すように、期間Ｔ１では、第１駆動信号ＣＯＭ１の第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１が、期間Ｔ２では、第１駆動信号ＣＯＭ１の第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２が、期間Ｔ３では、第１駆動信号ＣＯＭ１のカット駆動パルスＤＰＣが圧電振動子１８にこの順で印加される。一方、この場合では第２駆動信号ＣＯＭ２の駆動パルスは何れも圧電振動子１８に印加されない。その結果、記録周期Ｔにおいてノズル２２から中ドットに対応する量のインクが２回連続して吐出され、これらのインクが記録媒体上の画素領域に対して着弾して大ドットが形成される。そして、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２によるインクの吐出後、第１駆動信号ＣＯＭ１のカット駆動パルスＤＰＣの第４膨張要素Ｐ３１により、ノズル２２のメニスカスが圧力発生室２５側に速やかに引き込まれる。これにより、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２によって吐出されたインクに付随する尾の成長（尾引）が低減される。

大ドットを記録する場合において、次の記録周期でインクを吐出するときは、画素データーＳＩが［１１１］とされる。この画素データーＳＩに応じて、第１駆動信号ＣＯＭ１に対応するパルス選択データーが［１１０］とされ、第２駆動信号ＣＯＭ２に対応するパルス選択データーが［０００］とされる。これにより、図５（ｂ）に示すように、期間Ｔ１では、第１駆動信号ＣＯＭ１の第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１が、期間Ｔ２では、第１駆動信号ＣＯＭ１の第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２が、この順で圧電振動子１８に印加されるが、期間Ｔ３では、カット駆動パルスＤＰＣは圧電振動子１８に供給されない。その結果、記録周期Ｔにおいてノズル２２から中ドットに対応する量のインクが２回連続して吐出され、大ドットが形成される。そして、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２によるインクの吐出後、次の記録周期でインクが吐出されることにより、このインクにより、今回記録周期で吐出されたインクの尾やミストが吸収される。このため、カット駆動パルスＤＰＣを用いなくても記録媒体上でのインク（ドット）の分散が防止される。

また、中ドットを記録する場合において、次の記録周期でインクを吐出しないときは、画素データーＳＩが［１００］とされる。この画素データーに応じて、第１駆動信号ＣＯＭ１に対応するパルス選択データーが［０１１］とされ、第２駆動信号ＣＯＭ２に対応するパルス選択データーが［１００］とされる。これにより、図５（ｃ）に示すように、期間Ｔ１では、第２駆動信号ＣＯＭ２の予備振動駆動パルスＤＰＰが、期間Ｔ２では、第１駆動信号ＣＯＭ１の第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２が、期間Ｔ３では、第１駆動信号ＣＯＭ１のカット駆動パルスＤＰＣが圧電振動子１８に印加される。その結果、記録周期Ｔにおいてノズル２２からは中ドットに対応する量のインクが１回吐出され、記録媒体上の画素領域に対して着弾して中ドットが形成される。

この中ドットの記録では、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２によるインクの吐出の前段階で、予備振動駆動パルスＤＰＰが圧電振動子１８に印加されることにより、圧力発生室２５にはノズル２２からインクが吐出されない程度の圧力振動（以下、予備振動という。）が生じ、この予備振動により圧力発生室２５内のインクが動く。このようにしてインクを意図的に動かすことにより、インクの表面張力を高めることができる。そして、この状態で、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２によってノズル２２からインクを吐出することにより、この高められた表面張力によってインクを球形により近い形状することができる。また、インクの吐出後は、カット駆動パルスＤＰＣの第４膨張要素Ｐ３１により、メニスカスが圧力発生室２５側に引き込まれる。これにより、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２によって吐出されたインクに付随する尾の成長を抑制することができる。

一方、中ドットを記録する場合において、次の記録周期でインクを吐出するときは、画素データーＳＩが［１０１］とされる。この画素データーに応じて、第１駆動信号ＣＯＭ１に対応するパルス選択データーが［０１０］とされ、第２駆動信号ＣＯＭ２に対応するパルス選択データーが［１００］とされる。これにより、図５（ｄ）に示すように、期間Ｔ１では、第２駆動信号ＣＯＭ２の予備振動駆動パルスＤＰＰが、期間Ｔ２では、第１駆動信号ＣＯＭ１の第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２が圧電振動子１８に順次印加され、期間Ｔ３では、カット駆動パルスＤＰＣは圧電振動子１８に供給されない。その結果、記録周期Ｔにおいてノズル２２からは中ドットに対応する量のインクが１回吐出され、記録媒体上の画素領域に対して着弾して中ドットが形成される。そして、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２によるインクの吐出後、次の記録周期で吐出されるインクにより、今回記録周期で吐出されたインクの尾やミストが吸収される。

小ドットを形成する場合において、次の記録周期でインクを吐出しないときは、画素データーＳＩが［０１０］とされる。この画素データーに応じて、第１駆動信号ＣＯＭ１に対応するパルス選択データーが［００１］とされ、第２駆動信号ＣＯＭ２に対応するパルス選択データーが［１１０］とされる。これにより、図５（ｅ）に示すように、期間Ｔ１では、第２駆動信号ＣＯＭ２の予備振動駆動パルスＤＰＰが、期間Ｔ２では、第２駆動信号ＣＯＭ２のスモールドット吐出駆動パルスＤＰＳが、期間Ｔ３では、第１駆動信号ＣＯＭ１のカット駆動パルスＤＰＣが圧電振動子１８に印加される。その結果、記録周期Ｔにおいてノズル２２からは小ドットに対応する量のインクが１回吐出され、記録媒体上の画素領域に対して着弾して小ドットが形成される。この場合も、インクの吐出後は、カット駆動パルスＤＰＣの第４膨張要素Ｐ３１によりメニスカスが圧力発生室２５側に速やかに引き込まれることにより、インクに付随する尾の成長が抑制される。

また、小ドットを記録する場合において、次の記録周期でインクを吐出するときは、画素データーＳＩが［０１１］とされる。この画素データーに応じて、第１駆動信号ＣＯＭ１に対応するパルス選択データーが［０００］とされ、第２駆動信号ＣＯＭ２に対応するパルス選択データーが［１１０］とされる。これにより、図５（ｆ）に示すように、期間Ｔ１では、第２駆動信号ＣＯＭ２の予備振動駆動パルスＤＰＰが、期間Ｔ２では、第２駆動信号ＣＯＭ２のスモールドット吐出駆動パルスＤＰＳが、圧電振動子１８に順次印加されるが、期間Ｔ３では、カット駆動パルスＤＰＣは圧電振動子１８に印加されない。その結果、記録周期Ｔにおいてノズル２２からは小ドットに対応する量のインクが１回吐出され、記録媒体上の画素領域に対して着弾して小ドットが形成される。そして、スモールドット吐出駆動パルスＤＰＳによるインクの吐出後、次の記録周期で吐出されるインクにより、今回記録周期で吐出されたインクの尾やミストが吸収される。

なお、ノズル２２からインクを吐出しない非記録の場合において、次の記録周期でインクを吐出しないときには画素データーＳＩが［０００］とされ、次の記録周期でインクを吐出するときには画素データーＳＩが［００１］とされる。この非記録では、次の周期の吐出の有無に拘わらず、第１駆動信号ＣＯＭ１に対応するパルス選択データーが［０００］とされ、第２駆動信号ＣＯＭ２に対応するパルス選択データーが［１００］とされる。これにより、図５（ｇ）に示すように、期間Ｔ１では、第２駆動信号ＣＯＭ２の予備振動駆動パルスＤＰＰが圧電振動子１８に印加され、期間Ｔ２及び期間Ｔ３では、何れのパルスも圧電振動子１８に印加されない。これにより、記録周期Ｔにおいてノズル２２ではインクが吐出されない程度の圧力振動が付与されてノズル２２近傍のインクが攪拌され、インクの増粘が防止される。即ち、予備振動駆動パルスＤＰＰは、インクの増粘を防止するための微振動パルスとしても機能する。

以上のように説明した構成を採用することにより、例えば、紫外線等の光エネルギーの照射によって硬化する光硬化型インクのように従来のインクよりも粘度の高いインク（高粘度液体）を吐出する際に、吐出されたインクの後端部が尾のように伸びる尾引を抑えることができる。これにより、記録紙等の着弾対象物上でインクが複数に分離して着弾することを防止することができ、その結果、記録画像の画質の劣化を低減することができる。また、現在の記録周期でインクを吐出する場合において、次の記録周期でインクを吐出するときは、カット駆動パルスＤＰＣを用いずに次の記録周期で吐出されるインクによって現在記録周期で吐出されたインクの尾等を吸収させる構成としたので、カット駆動パルスＤＰＣの後に、当該カット駆動パルスＤＰＣで圧電振動子１８を駆動することによるインクの残留振動を減衰させるための振動減衰期間が不要であるため、その分、記録周期Ｔを全体的に短くすることができ、これにより、駆動周波数が低下することを抑制することができる。

ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。

各駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２の各駆動パルスに関し、上記実施形態で例示したものには限られず、本発明は、種々の波形の駆動パルスを用いることができる。
また、上記実施形態では、大ドットを形成する場合、第１駆動信号ＣＯＭ１の２つのミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１，ＤＰＭ２を用いる構成を例示したが、これには限られず、例えば、３つ以上のミドルドット吐出駆動パルスを用いて大ドットを形成する構成においても本発明を適用することができる。

さらに、上記実施形態では、予備振動駆動パルスＤＰＰ及びカット駆動パルスＤＰＣの両方を用いる構成を例示したが、これには限られず、少なくとも、カット駆動パルスＤＰＣを用いる構成であればよい。

そして、本発明は、複数の駆動信号を用いて吐出制御が可能な液体吐出装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体吐出装置、例えば、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。

インクジェット式プリンターの電気的構成を説明するブロック図である。 駆動信号の構成を説明する波形図である。 記録ヘッドの要部断面図である。 各駆動パルスの構成を説明する波形図である。 本実施形態における階調記録のパターンを説明する図である。

符号の説明

１…プリンターコントローラー，２…プリントエンジン，６…制御部，８…記録ヘッド，９…駆動信号生成回路，１８…圧電振動子，２２…ノズル，２５…圧力発生室，４１…第１スイッチ，４２…第２スイッチ

Claims (3)

1. ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によってノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
   前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む駆動信号を規定吐出周期で発生する駆動信号発生手段と、
   前記駆動信号に含まれる駆動パルスを選択し、選択した駆動パルスを圧力発生素子に供給して液体の吐出を制御する吐出制御手段と、
   を備える液体吐出装置であって、
   前記駆動信号は、液滴を吐出する吐出駆動パルスと、液滴が吐出されない程度に前記圧力発生素子を駆動する非吐出駆動パルスと、を含み、
   前記非吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む引き込み要素から始まるパルスであり、駆動信号における最後の期間で発生され、
   前記吐出制御手段は、現在の吐出周期で駆動パルスを前記圧力発生素子に供給してノズルから液体を吐出する場合において、次の吐出周期で液体を吐出するときは前記非吐出駆動パルスを前記圧力発生素子に供給しない一方、次の吐出周期で液体を吐出しないときは前記非吐出駆動パルスを前記圧力発生素子に供給することを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記吐出制御手段は、液体の吐出の有無および吐出する液体の量を示す吐出制御情報に基づいて前記圧力発生素子に対する駆動パルスの供給・非供給を制御し、
   前記吐出制御情報には、次の吐出周期における液体の吐出の有無を示す次周期吐出情報が含まれることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によってノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む駆動信号を規定吐出周期で発生する駆動信号発生手段と、を備える液体吐出装置の制御方法であって、
   前記駆動信号は、液滴を吐出する吐出駆動パルスと、液滴が吐出されない程度に前記圧力発生素子を駆動する非吐出駆動パルスと、を含み、
   前記非吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む引き込み要素から始まるパルスであり、駆動信号における最後の期間で発生され、
   現在の吐出周期で駆動パルスを前記圧力発生素子に供給してノズルから液体を吐出する場合において、次の吐出周期で液体を吐出するときは前記非吐出駆動パルスを前記圧力発生素子に供給しない一方、次の吐出周期で液体を吐出しないときは前記非吐出駆動パルスを前記圧力発生素子に供給することを特徴とする液体吐出装置の制御方法。

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